MICROTURBOALTERNATEUR HYDRAULIQUE

MICROTURBOALTERNATEUR HYDRAULIQUE

La présente invention concerne un microturboalternateur hydraulique destiné tout spécialement à constituer une petite source autonome d'énergie électrique permettant d'assurer les fonctions d'allumage automatique, de commande et de contrôle de l'arrivée du gaz au brûleur d'un appareil d'utilisation domestique du gaz du genre chauffe-eau ou chauffe-bains instantanés à gaz non équipé de veilleuse permanente.

On sait tout l'intérêt que présente, sur le plan de l'économie d'énergie, le développement des appareils de production instantanée d'eau chaude par le gaz capables de fonctionner sans veilleuse permanente ; il suffit de se rappeler que la puissance de la veilleuse d'allumage qui équipe normalement tout chauffe-eau ou chauffe-bains à gaz classique est de l'ordre de 160 Watt ce qui représente une consommation annuelle d'énergie d'environ 1.300 KWH.

Outre l'économie d'énergie que procure la suppression de la traditionnelle veilleuse permanente, cette suppression présente d'autres aspects très intéressants ; en particulier elle rassure et réconforte une fraction importante de la clientèle potentielle qui serait favorable à l'utilisation d'appareils à gaz si ceux-ci n'impliquaient pas la présence permanente d'une flamme dans leur logement et si ceux-ci pouvaient être aussi simple d'utilisation que l'est un appareil électrique. dusqu'à présent, ces nouveaux app.areils ont en commun une exigence essentielle qui est celle de faire appel à une source d'énergie électrique extérieure pour, tout en supprimant la veilleuse permanente, permettre néanmoins l'accomplissement des fonctions normales d'allumage du gaz, du contrôle de cet allumage et enfin de la commande et de la régulation de l'arrivée du gaz au brûleur. On connaît actuellement trois solutions ou trois façons d'obtenir cette source d'énergie extérieure à l'appareil :

La première, c'est évidemment de demander cette énergie au réseau d'alimentation électrique du logement dans lequel est installé l'appareil. C'est la solution la plus répandue, no tamment lorsqu'il s'agit de chaudières a gaz sans veilleuse permanente dans lesquelles le raccordement au secteur est de toute façon nécessaire pour l'alimentation de la pompe de circulation ; mais dans le cas d'appareils du genre chauffe-eau ou chauffebains instantanés à gaz, cette solution est considérée comme entraînant un surcoût trop élevé de l'appareil et elle présente aussi les inconvénients suivants :

D'une part, elle limite les possibilités d'implantation géographique de l'appareil en augmentant sérieusement le coût de son installation notamment dans le volume de sécurité entourant la baignoire dans une salle de bains en raison de l'obligation de recourir à un transformateur basse tension répondant à des normes spéciales de sécurité assez contraignantes. D'autre part, elle annule l'avantage d'autonomie fonctionnelle d'un chauffe-eau ou chauffe-bains à gaz qui, normalement, continue à assurer son service malgré d'éventuelles coupures du réseau électrique.

La deuxième solution connue consiste à créer la source d'énergie par une pile électrique classique comme on le fait pour alimenter les traditionnelles radio portatives. Cette deuxième solution évite bien entendu les inconvénients constitués par les surcoûts et les restrictions d'installation, mais elle apporte de son côté d'autres inconvénients qui sont les suivants : La durée de stokage et d'utilisation d'une pile ne peut être garantie et sa durée de fonctionnement en service normal est fonction du genre ou du type de piles approvisionné. Cela constitue une servitude pour les intervenants d'un réseau de distribution, notamment pour les grossistes ou les importateurs étrangers. Egalement, l'utilisateur connaîtra tôt ou tard, mais sans possibilité de le prévoir, le moment où son appareil, la pile étant usée, cessera soudainement de fonctionner.

La troisième solution consiste à créer cette source d'énergie électrique de façon totalement autonome à partir de l'énergie hydraulique disponible que représente l'écoulement obligatoire d'un certain débit d'eau à travers l'appareil à chaque demande de l'utilisateur. Cette solution c'est l'incor poration d'un micro turbogénérateur sur le circuit d'eau de l'appareil comme le prévoit le FR-A 1 215 731.

Cette solution, qui dans son principe a été évoquée dans le brevet cité, n'a jamais reçu d'applications industriel¬les, car jusqu'à maintenant, on n'avait jamais su concevoir ni mettre au point un microtur'boalternateur fournissant une puissance électrique suffisante avec un rendement et une fiabilité acceptable ainsi qu'un prix de revient assez bas pour rendre cette troisième solution compétitive. Une des principales difficultes à surmonter dans la conception de ce genre de microgénérateur était le couple-résistant à vaincre pour la mise en rotation de l'aimant tournant, constituant le rotor, lors du passage de ses pôles devant les pôles magnétiques correspondants du stator bobiné du microalternateur. Un autre problème à résoudre était celui de se prémunir contre le risque de blocage mécanique du rotor par les particules magnétiques que peut véhiculer l'eau traversant la turbine et qui risquent d'être attirées par l'aimant du rotor et venir se coincer dans l'entrefer. La présente invention a pour objet de proposer un microturboalternateur qui précisément satisfait enfin à des conditions de : puissance électrique, rendement et prix de revient tels que cette troisième solution devienne extrêmement compétitive par rapport aux deux premières. Suivant une caractéristique principale de l'invention, le corps du microturboalternateur est entièrement formé d'un unique surmoulage en matière plastique qui enrobe le stator feuilleté du microalternateur en ménageant une chambre d'eau intérieure de forme cylindrique destinée à recevoir le rotor de l'alternateur et dont le diamètre intérieur est au moins égal au diamètre extérieur dudit rotor augmenté d'une fraction de l'épaisseur radiale d'un entrefer de forme et de dimensions particulières, prévu entre le rotor et le stator, le corps moulé étant fermé de façon étanche par un boîtier qui délimite une chambre d'eau raccordée à la tubulure de circulation d'eau qui renferme la turbine, et qui communique avec la chambre.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, le rotor localisé dans une chambre d'eau est emmanché sur un arbre de rotation tournant librement en prenant appui d'un côté sur le corps du microturboalternateur et de l'autre sur le fond du boîtier, la turbine localisée dans la chambre d'eau de ce boîtier étant également emmanchée sur l'arbre de rotation, et on prévoit entre les deux chambres d'eau un écran magnétique ayant la forme d'un disque pincé de façon étanche entre le corps surmoulé du microturboalternateur et le boîtier renferma.nt la turbine. Selon une caractéristique particulière de l'invention, le disque formant écran magnétique comporte autour de son orifice central une petite collerette cylindrique dirigée vers le dos de la roue de turbine, qui est destinée à se placer sans le toucher dans un petit logement cylindrique formé sur le moyeu de ladite turbine et orienté vers le disque.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, la surface polaire intérieure du stator à travers laquelle passe le flux magnétique fourni par l'aimant bipolaire formant le rotor, présente une forme généralement cylindrique sauf suivant deux de ses génératrices situées dans son plan de symétrie, où ladite surface polaire intérieure présente une découpe en forme de V formant deux très petits entrefers s'évasant vers l'extérieur à partir de la surface polaire intérieure du stator, chaque entrefer présentant au niveau de la surface polaire intérieure du stator une épaisseur telle que l'angle au centre, intercepté par un arc de cette épaisseur, soit inférieur à 15°, et en ce que à partir de cette épaisseur le profil de la découpe en V de l'entrefer présente un angle de divergence supérieur à 30°.

D'autres caractéristiques particulières et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'une forme de réalisation et en référence aux dessins qui représentent :

Figure 1 - une vue en coupe du microturboalternateur suivant un plan contenant l'arbre de rotation,

Figure 2 - une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, Figure 3 - une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 1, Figure 4 - une vue partielle à plus grande échelle de la partie de la figure 2 montrant la forme particulière de la découpe des tôles du stator. En se reportant plus précisément aux figures 1 et 2, on voit que le microturboalternateur hydraulique est essentiellement constitué d'un corps 8 en matière plastique, surmoulé autour du circuit magnétique d'un stator constitué de tôles empilées 2 et d'un noyau 4 de fermeture des lignes de champ magnétique qui reçoit un enroulement statorique 5 bobiné sur une carcasse isolante 6 munie de cosses 7 de raccordement électrique.

Un aimant bipolaire nord sud 1 qui constitue le rotor est emmanché sur un arbre de rotation 13 par l'intermédiaire d'une douille de centrage 21. Il tourne librement entre les pièces polaires 2 du stator à l'intérieur d'une chambre cylindrique 20 formée lors du surmoulage du corps plastique 8 autour du stator magnétique. Ce surmoulage est effectué dans un moule dont le noyau central destiné à former la chambre 20 est un cylindre lisse ayant un diamètre égal au diamètre du rotor 1 augmenté d'une certaine épaisseur comme on le verra plus loin. Le surmoulage introduit un entrefer cylindrique 19 ejitre rotor et stator dont la surface intérieure délimite la chambre 20 à l'intérieur de laquelle tourne le rotor.

Le corps moulé 8 est fermé de façon étanche par un boîtier 14 qui délimite une chambre d'eau 22 dans laquelle tourne une turbine 15 montée sur un moyeu 12. Comme l'illustre la figure 3, le boîtier 14, constituant le corps de la turbine 15 est traversé tangentiellement par une tubulure 17 dont l'entrée est munie d'une buse convergente 16. L'eau admise dans le sens de la flèche frappe tangentiellement les aubes en forme de portion de cylindre, de la roue de turbine 15 et ressort par la tubulure 17. L'arbre 13 qui porte le rotor 1 ainsi que la turbine

15 par l'intermédiaire de son moyeu 12, prend appui d'un côté sur le corps 8 par l'intermédiaire de coussinets 10, et de l'au tre sur le fond du boîtier 14 par l'intermédiaire de coussinets 11.

Les chambres d'eau 20 et 22 dans lesquelles tournent respectivement le rotor 1 et la turbine -15 sont séparées par un écran magnétique formant cloison et ayant la forme d'un disque 9 comportant en son centre un orifice supérieur au diamètre de l'arbre 13. Ce dernier peut donc tourner librement. En outre, le faible jeu qui existe entre l'arbre et cet orifice permet le passage de l'eau. Le disque 9 porte autour de son orifice central une petite collerette cylindrique 23 dirigée vers le dos de la roue de turbine 15, qui pénètre avec un léger jeu dans un petit logement cylindrique 24, et qui par conséquent ne le touche pas, ce logement 24 étant formé sur le moyeu 12 de la turbine et orienté vers le disque. Le disque écran 9 est pincé entre le corps 8 et le boîtier 14, un joint d'étanchélté élastique 18 étant en outre prévu entre ces deux parties dont l'assemblage est assuré à l'aide, de vis 25. Le disque 9 placé plus près de la turbine 15 que de l'aimant 1, est en matériau magnétiquement perméable et protégé de la corrosion. Il a un diamètre au moins égal au diamètre de la roue de la turbine. Ce disque constitue un écran interdisant à toute fuite de champ magnétique provenant de l'aimant de pénétrer dans l'eau qui circule dans la partie turbine et empêchant par voie de conséquence, le passage d'éventuelles particules magnétiques véhiculées par l'eau de la partie turbine de passer dans la chambre contenant le rotor.

La partie du circuit magnétique du stator 2 dans laquelle vient tourner l'aimant 1 cylindrique, lisse et aimanté (NS) suivant un plan diamétral, présente également une forme géométrique parfaitement cylindrique et lisse ou presque lisse au niveau de sa surface intérieure délimitant l'entrefer 19 entre rotor et stator, tout en présentant la structure magnétique générale d'un stator bipolaire.

Cette surface polaire intérieure du stator 2 à travers laquelle passe le flux ma-gnétique fourni par l'aimant bipolaire formant le rotor 1, présente une forme généralement cylindrique sauf suivant deux de ses génératrices situées dans son plan de symétrie, où ladite surface polaire intérieure pré sen te une découpe en fo rme de V fo rman t deux très petits entrefers 3 s'évasant vers l'extérieur à partir de l'entrefer cylindrique 19. La forme de ces entrefers 3 apparaît plus clairement à la figure 4. L'épaisseur de chaque entrefer 3, découpé au niveau de la surface cylindrique intérieure du stator, délimitant l'entrefer 19 entre stator et rotor correspond à un angle au centre α dont la valeur est inférieure à 15°. D'autre part, le profil de la découpe en V à partir d'un point de départ D sur la surface cylindrique intérieure du stator présente un angle de divergence β supérieur à 30°. La réluctance magnétique de chacun de ces entrefers, tout en étant toujours très grande par rapport à la réluctance totale des pièces polaires du stator et de leur noyau 4 de fermeture magnétique recevant l'enroulement statorique, reste relativement très faible par rapport à la réluctance moyenne que présente l'entrefer cylindrique entre l'aimant du rotor et la surface intérieure du stator, cette réluctance ne variant ainsi que très peu lors du passage des lignes de flux de l'aimant d'un pôle à l'autre pendant sa rotation entre les pièces polaires du stator. On voit également sur cette même figure que le diamètre d de la chambre 20 formée lors du surmoulage du corps 8, et dans laquelle tourne le rotor 1 est égal au diamètre de ce rotor augmenté d'un espacement ou intervalle i. Cet espacement i représente environ la moitié de l'épaisseur de l'entrefer 19 entre stator et rotor.